JPWO2011052283A1 - 燃料電池装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、寿命の長い燃料電池装置を提供することを目的とする。
水素を前記燃料極に供給するために、水と反応することにより水素を発生する水素発生部材と、
水との反応により酸化された前記水素発生部材を還元するべく水素を前記水素発生部材に供給するために、前記燃料電池本体に水の電気分解を実行させる還元制御部とを備え、
前記還元制御部は、前記燃料電池本体に前記電気分解に用いる電力を供給する定電圧部を有することを特徴とする燃料電池装置。
先ず、図2(a)に示すように、発電の初期状態として、燃料電池本体10の空間部125には、水素(H2)が封入されている。この状態では、空気供給口122及び空気排出口123は閉鎖されている。
また、この時、式(1)で示したように、燃料極102では水(H2O)が生成される。生成された水(H2O)は水素発生部材105(Fe)に供給され、水素発生部材105(Fe)では、供給された水(H2O)により下記式(2)に示す反応が生じ、水素(H2)を発生する。そして、発生した水素(H2)は燃料極102に供給され、燃料極102では、供給された水素(H2)を酸化し発電することによって再び水(H2O)が生成されるといった循環の利用形態となり発電動作が持続される。
尚、この時、水素発生部材105は、鉄(Fe)が酸化され、酸化鉄(Fe3O4)へと変化し、水素発生部材105に占める鉄(Fe)の割合が次第に低下していく。
燃料電池本体10が発電停止時、図2(c)に示した状態で、図2(d)に示すように、還元制御部20より燃料電池本体10の燃料極102と空気極103の間に電圧を印加し通電すると、燃料極102では、空間部125に残留している水(H2O)と通電により供給された電子(e−)とで下記式(3)に示す反応が生じ、電気分解により水素(H2)が発生する。
そして、発生した水素(H2)は水素発生部材105に供給され、水素発生部材105では、供給された水素(H2)により下記式(4)に示す反応が生じ、水素発生部材105中の酸化鉄(Fe3O4)は還元されて鉄(Fe)へと変化し、水素発生部材105に占める鉄(Fe)の割合が次第に増加し、水素発生部材105は再生される。
また、この時、式(4)で示したように、水素発生部材105では水(H2O)が生成される。生成された水(H2O)は燃料極102に供給され、燃料極102では、供給された水(H2O)を電気分解することによって再び水素(H2)が生成されるといった循環の利用形態となり再生動作が持続される。
図1及び図3を用いて還元反応制御方法の一例を説明する。図3は、水素発生部材の還元反応速度及び定電圧部201の出力電流の時間的な(還元反応時間)関係を示す模式図である。
10 燃料電池本体
101 電解質膜
102 燃料極
103 空気極
105 水素発生部材
107 ヒータ
108 温度センサ
110 カバー部材
121 空気流路
122 空気供給口
123 空気排出口
125 空間部
20 還元制御部
201 定電圧部
202 電流検知部
203 判定部
204 スイッチ部
30 電源
LD 負荷
Claims (9)
- 電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に形成された燃料極と、前記電解質膜の他方の面に形成された空気極と、を有する燃料電池本体と、
水素を前記燃料極に供給するために、水と反応することにより水素を発生する水素発生部材と、
水との反応により酸化された前記水素発生部材を還元するべく水素を前記水素発生部材に供給するために、前記燃料電池本体に水の電気分解を実行させる還元制御部とを備え、
前記還元制御部は、前記燃料電池本体に前記電気分解に用いる電力を供給する定電圧部を有することを特徴とする燃料電池装置。 - 前記還元制御部は、前記水素発生部材の還元速度の変化に基づき、前記定電圧部からの電力の供給を制御することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。
- 前記還元制御部は、前記定電圧部の出力電流に基づき、前記還元速度の変化を検知することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池装置。
- 前記還元制御部は、前記定電圧部の出力電流が所定の値を下回った時、電力の供給を停止することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池装置。
- 前記水素発生部材が前記燃料電池本体に一体的に内蔵されていることを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の燃料電池装置。
- 前記電解質膜が固体酸化物電解質であって、発電の際に前記燃料極側で水が生成されることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池装置。
- 前記水素発生部材の水素を発生する放出面と前記燃料極の水素が供給される供給面とが互いに対向して平行に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の燃料電池装置。
- 前記水素発生部材が鉄で構成されていることを特徴とする請求項1から7の何れか一項に記載の燃料電池装置。
- 前記水素発生部材を加熱するためのヒータをさらに備えたことを特徴とする請求項1から8の何れか一項に記載の燃料電池装置。
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